PL195597B1 - Czujnik do pomiaru prędkości obrotowej i kierunku obrotów elementu obrotowego - Google Patents

Abstract

1. Czujnik do pomiaru predkosci obrotowej ikierunku obrotów elementu obrotowego, zwlaszcza do licznika cieczy, gazu lub elek- trycznosci, typu zawierajacego magnes trwaly zamontowany na elemencie obrotowym, zwa- nym wirujacym i dwa kontaktrony umieszczone wzajemnie pod katem wpolu magnetycznym magnesu trwalego obrotowego, znamienny tym, ze dwa kontaktrony (2, 3) wyznaczaja mie- dzy soba kat a wiekszy od 0° i mniejszy lub rów- ny 90°, przy czym kazdy z kontaktronów (2, 3) polaczony jest z magnesem trwalym (4, 5) w celu jego polaryzacji. PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest czujnik do pomiaru prędkości obrotowej elementu obrotowego za pomocą magnesu zamontowanego na wyżej wymienionym elemencie i umożliwiający również określenie kierunku obrotów.

Ten typ czujnika jest ogólnie stosowany w urządzeniach pomiarowych, takich jak na przykład liczniki do cieczy, w których chce się określić ilość obrotów wykonanych przez element umieszczony w strumieniu cieczy do pomiaru i poruszany ruchem obrotowym pod działaniem wzmiankowanego strumienia. Zwykle umieszcza się na elemencie obrotowym magnes trwały połączony z kontaktronem umieszczonym na stałe w pobliżu wzmiankowanego magnesu.

W ogólnej dziedzinie urządzeń pomiarowych takich jak Iiczniki, powszechnie stosuje się kontaktrony. Tak więc znany jest z JP-A-62102160 licznik prędkości samochodowej działający z kontraktonem, do którego podłączony jest drugi kontaktron w taki sposób, aby skorygować problem odbicia pierwszego kontaktronu stosowanego w liczniku prędkości samochodowej. Ten drugi kontaktron wyznacza kąt 112°5 z pierwszym kontaktronem podczas jego mocowania, tak aby zawsze jeden z wyłączników był w stanie stabilnym, podczas gdy drugi może ewentualnie generować impulsy zakłócające spowodowane odbiciami.

W EP-A-0 836 072 opisano przelicznik z zastosowaniem technologii magnesów trwałych do określenia względnego położenia wału. Urządzenie to zawiera obracający się magnes służący do sterowania czujnika o wysokiej rozdzielczości, podczas gdy czujniki o niskiej rozdzielczości w postaci wyłączników połączonych z magnesami trwałymi są sterowane przez obrotowy półpierścień z metalu magnetycznego. Ten typ urządzenia ma za zadanie tylko określenie względnego położenia wału.

Kontaktron wykazuje zdolność zamknięcia styku elektrycznego kiedy jest on spolaryzowany wzdłuż swojej osi przez pole magnetyczne, którego natężenie osiąga próg zamknięcia i styk ten otwiera się na nowo jeśli pole magnetyczne osiąga próg otwarcia, przy czym próg otwarcia jest oczywiście niższy od progu zamknięcia. Kontaktron tworzy zatem histerezę.

Taki zestaw (trwały magnes na elemencie wirującym połączony z kontaktronem umieszczonym na stałe w pobliżu wzmiankowanego magnesu) umożliwia przy zastosowaniu elementu składowego mało kosztownego, takiego jak wirujący magnes, pomiar obrotów elementu przy bardzo korzystnym koszcie ogólnym i przy minimalnym lub zerowym zużyciu energii. Taki zestaw może ponadto funkcjonować w środowisku stosunkowo zanieczyszczonym i może również funkcjonować w strukturach, gdzie materiały nie magnetyczne umieszczone są między magnesem i kontaktronem, takie jak na przykład ścianka skrzynki.

Aby otrzymać czujnik z tylko jednym zamknięciem styku elektrycznego podczas jednego obrotu magnesu połączonego z elementem obrotowym znanym sposobem jest umieszczenie w pobliżu kontaktronu drugiego stałego magnesu polaryzacji w taki sposób, że wartość średnia całkowitego natężenia pola magnetycznego usytuowana jest w środku histerezy.

Mimo że ten ostatni zestaw charakteryzuje się niewysokim kosztem jest on mało stosowany w porównaniu z zestawem bez magnesu polaryzacji.

Istotnie, takie czujniki nie pozwalają określić kierunku obrotów magnesu. Tak więc jeśli połączy się z magnesem trwałym połączonym z elementem wirującym licznik sumujący mechaniczny, który może inkrementować jedną jednostkę przy jednym obrocie całkowitym w jednym kierunku i dekrementować jedną jednostkę przy całkowitym obrocie w kierunku przeciwnym, nie ma możliwości elektronicznego śledzenia tego wskaźnika mechanicznego przy stosowaniu czujników opisanych powyżej.

W DE-A-3611439 opisano czujnik prędkości i kierunku obrotów z wykorzystaniem dwóch wyłączników magnetycznych i jednego elementu magnetycznego. Te dwa wyłączniki umożliwiają wyzwolenie sygnału w kwadraturze, pozwalającego na rozpoznanie kierunku obrotów elementu obrotowego magnetycznego, który ma kształt toroidalny. Ten element o kształcie toroidalnym musi być wystarczająco duży, aby móc wprawić w ruch dwa wyłączniki magnetyczne. Taki magnes trwały obrotowy ma więc szczególny kształt i kiedy chce się wykonać taki czujnik na liczniku wody należy przystosować strukturę licznika wody, stosowany w nim magnes nie jest odpowiedni.

Czujnik według wynalazku, do pomiaru prędkości i kierunku obrotów elementu obrotowego, zwłaszcza do licznika cieczy, gazu lub elektryczności, jest typu zawierającego magnes trwały zamontowany na elemencie obrotowym zwanym wirującym i dwa kontaktrony umieszczone wzajemnie pod kątem w polu magnetycznym magnesu trwałego obrotowego.

PL 195 597 B1

Czujnik według wynalazku charakteryzuje się tym, że dwa kontaktrony wyznaczają między sobą kąt a większy od 0° i mniejszy lub równy 90°, przy czym każdy z kontaktronów połączony jest z magnesem trwałym w celu jego polaryzacji.

Najkorzystniej jest, gdy kąt a, określony przez dwa kontaktrony, mieści się w zakresie [45°- 90°] i najlepiej [60° - 90°].

Kontaktrony mogą być typu lampy ze stykiem kontaktronowym.

Korzystnie jest, gdy kontaktrony są spolaryzowane w środku ich strefy histerezy, najczęściej stosuje się kontaktrony ze słabą histerezą.

Korzystnie, osie kontaktronów umieszczone są w tej samej płaszczyźnie. W tym przypadku najlepiej, gdy oś obrotowa magnesu trwałego obrotowego połączona z elementem obrotowym jest prostopadła do wzmiankowanej płaszczyzny.

Również korzystnie, oś kontaktronów i oś połączonego z nimi magnesu trwałego umieszczone są w tej samej płaszczyźnie.

W szczególnym przykładzie wykonania wynalazku, osie kontaktronów są umieszczone w tej samej płaszczyźnie, kąt a wynosi 90°, jeden z magnesów trwałych jest umieszczony w tej samej płaszczyźnie równolegle do kontraktronu i drugi magnes trwały jest umieszczony w tej samej płaszczyźnie w przedłużeniu kontaktronu, z którym jest połączony, przy czym oś obrotów magnesu trwałego obrotowego jest prostopadła do wzmiankowanej płaszczyzny.

Uzyskuje się w ten sposób nie tylko jedno zamknięcie styku elektrycznego, ale osiąga się również bardzo wysoką czułość wyłączników na pole magnetyczne magnesu trwałego połączonego z elementem obrotowym.

Czujnik według wynalazku umożliwia więc pomiar prędkości obrotów elementu obrotowego jak również kierunku obrotów wzmiankowanego elementu. W przypadku licznika cieczy prędkość obrotów umożliwia określenie impulsów wolumetrycznych.

Korzystnie, kontaktrony czujnika według wynalazku zamontowane są tak, że są polaryzowane odpowiednio przez magnes trwały, nie równolegle jeden do drugiego i w polu magnetycznym magnesu trwałego generują dwa sygnały w kwadraturze, umożliwiające określenie w prosty sposób kierunku obrotów wzmiankowanego magnesu obrotowego.

Ta wielka czułość wyłączników umożliwia uwolnienie się od ograniczeń zbyt sztywnych struktur, czujnik może funkcjonować w sposób całkowicie zadowalający niezależnie od odległości magnesu obrotowego w stosunku do kontaktronów, które pozostają czułe na pole magnetyczne magnesu obrotowego. W ten sposób można ustawić wzmiankowany czujnik stosunkowo daleko od magnesu trwałego połączonego z elementem wirującym, co może być konieczne, kiedy taki czujnik umieszczony jest w urządzeniu pomiarowym takim jak licznik wody.

Czujnik według wynalazku pozwala nie tylko na uzyskanie prostej odtwarzalności i przemysłowego stosowania, w szczególności gdy czuły element pracuje wokół swego punktu równowagi jak przy montażach zwanych mostkowymi, zapewniając stabilność parametrów czujnika, ale daje również możliwość prostej miniaturyzacji przy niewielkim koszcie własnym, pozwalając przy tym na produkcję w niewielkich ilościach.

Przedmiot wynalazku zostanie objaśniony w przykładzie wykonania na załączonym rysunku, który przedstawia widok z góry czujnika według wynalazku.

Czujnik według wynalazku przeznaczony jest do pomiaru obrotów i do określenia kierunku obrotów elementu obrotowego lub napędzanego ruchem wirowym. Czujnik składa się z magnesu trwałego 1, zamocowanego na elemencie, dla którego chce się zmierzyć prędkość i kierunek obrotów.

W polu magnetycznym tego magnesu trwałego 1 umieszcza się dwa kontaktrony 2 i 3, z którymi łączy się odpowiednio magnesy trwałe 4, 5 polaryzujące wzmiankowane kontaktrony 2 i 3. W ten sposób ma się jedno otwarcie styku na obrót elementu obrotowego, a więc i magnesu 1, przy czym średnia wartość natężenia pola magnetycznego całkowitego wykazywana przez każdy kontaktron usytuowana jest w środku histerezy każdego kontaktronu 2 i 3. Uzyskuje się w ten sposób bardzo dużą czułość czujnika.

Kontaktrony 2 i 3 rozmieszczone są prostopadle jeden do drugiego, kąt a wynosi więc 90° w opisanym przykładzie i ich osie są w tej samej płaszczyźnie. Kontaktrony 2 i 3 w tym rozmieszczeniu generują dwa sygnały w kwadraturze prawie doskonałej.

Magnesy trwałe 4, 5 mają osie umieszczone w tej samej płaszczyźnie co płaszczyzna kontaktronów 2 i 3, z którymi są połączone, magnes 4 umieszczony jest równolegle do polaryzowanego

PL 195 597 B1 przez niego kontaktronu 2 i magnes 5, umieszczony jest w przedłużeniu kontaktronu 3, z którym jest połączony w celu jego polaryzacji.

To ustawienie magnesów 4 i 5 określone jest w zależności od polaryzacji kontaktronów 2, 3 i w taki sposób, że magnes 4 kontaktronu 2 nie zakłóca drugiego kontaktronu 3. Ta szczególna budowa kontaktronów 2, 3 i ich odpowiednich magnesów trwałych 4, 5 zapewnia również czujnikowi bardzo dużą łatwość regulacji i wysoką czułość.

Magnes 1 zamontowany na elemencie obrotowym posiada oś obrotów 6 prostopadłą do płaszczyzny, w której umieszczone są kontaktrony i połączone z nimi magnesy.

Claims (10)

1. Czujnik do pomiaru prędkości obrotowej i kierunkk obrotów elementu obrotowego, zz^łć^^^cza do licznika cieczy, gazu lub elektryczności, typu zawierającego magnes trwały zamontowany na elemencie obrotowym, zwanym wirującym i dwa kontaktrony umieszczone wzajemnie pod kątem w polu magnetycznym magnesu trwałego obrotowego, znamienny tym, że dwa kontaktrony (2, 3) wyznaczają między sobą kąt a większy od 0° i mniejszy lub równy 90°, przy czym każdy z kontaktronów (2, 3) połączony jest z magnesem trwałym (4, 5) w celu jego polaryzacji.

2. Czujnik według zastrr. 1, znnmiennn t^r^, iż kąt a, okruślonypruez dwa kontektrony, mieści się w zakresie [45°- 90°].

3. Czujnik według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że kąt a mieści się w zakresie [60° - 90°].

4. Czujnik według ζθι^ο. 1 albo 2, znamienny tym, że k2, 3) są spolaruyawase w środku ich strefy histerezy.

5. Czujnik według k albo 2, znnmieeny tym, Zż ZontaStrony są kyyu i ampy ze bykiem kontaktronowym.

6. Czujnik według zastra. 1 albo 2, znamienny tym, że kontaktrony (2, 3) maja słabą histerezę.

7. CzuJnιkwedług zastru. Z zlbc Z, zr^ćir^^^r^n^ t)<m, dej zoie ZontyStronywk2, z) zmiedązcane są w tej samej płaszczyźnie.

8. Czujnikwedług zastru.7, zznmieeny tt^m, żż oń onrotówmpknydąt twełed^oonrotowedo ( 1) jest prostopadła do wzmiankowanej płaszczyzny.

9. Czujnik według j ndnydo z zastru. 7, znnmienny t^m, Zż zmie mpknydąw ktwełyyh Z4, 5) zą umieszczone w tej samej płaszczyźnie co osie kontaktronów (2, 3).

10. Czujnik według j ndnydo zzastru. z,zznamienn tt^m, żż dńiedontyStronywk4,23 kądmiedączone w tej samej płaszczyźnie, kąt a wynosi 90°, jeden z magnesów trwałych (4) jest umieszczony w tej samej płaszczyźnie równolegle do kontraktronu (2) i drugi magnes trwały (5) jest umieszczony w tej samej płaszczyźnie w przedłużeniu kontaktronu (3), z którym jest połączony, przy czym oś obrotów (6) magnesu trwałego obrotowego (1) jest prostopadła do wzmiankowanej płaszczyzny.